嫩江干流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)研究

TONHNY 李雨霏 魏逸衡 鄭國(guó)臣

摘 ?要：針對(duì)嫩江流域水污染及水資源管理問(wèn)題，選取2016—2020年監(jiān)測(cè)的嫩江干流9個(gè)斷面，以單因子評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，結(jié)合主成分分析對(duì)嫩江干流斷面汛期及非汛期主要水質(zhì)污染因子及水質(zhì)類別進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，2016—2020年嫩江干流斷面水質(zhì)總體較好，年際間呈現(xiàn)改善趨勢(shì);2018年非汛期水質(zhì)變差，并于2019年恢復(fù)。主成分分析說(shuō)明在這五年期間，對(duì)水質(zhì)影響最大的指標(biāo)為化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)。不同方法評(píng)價(jià)結(jié)果略有差異，綜合來(lái)看，各斷面的水質(zhì)在這5年中總體較好。

關(guān)鍵詞：嫩江 ?省界緩沖區(qū) ?水質(zhì)評(píng)價(jià) ?單因子評(píng)價(jià) ?主成分分析

中圖分類號(hào)：X824 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2021）04（b）-0124-04

Comprehensive Evaluation of Water Quality in Nenjiang River Mainstream

TONHNY1 ?LI Yufei1* ?WEI Yiheng2 ?ZHENG Guochen3

（1.School of Forestry， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang province， 150040 ?China;

2. College of Resources and Environment， Northeast Agricultural University， Harbin， Heilongjiang province， 150030 ?China; 3. Songliao River Basin Water Resources Protection Bureau， Changchun，

Jilin province， 130021 ?China）

Abstract： For the problems of water pollution and water resources management in the Nenjiang River basin， the main water pollution factors and water quality types from 2016 to 2020 of nine sections of Nenjiang River mainstream in flood season and non-flood season were evaluated by single factor evaluation and principal component analysis method. The results show that the water quality of the Nenjiang River mainstream is generally good from 2016 to 2020 and show an inter-annual improvement trend. The water quality of the non-flood season in 2018 deteriorated but it returned in 2019.By the principal component analysis， it were proved that indicators with the greatest impact on water quality were the Chemical oxygen demand and the permanganate in these five years. Thought the evaluation results of two methods are slightly different， Overall， the water quality of each section is better in the five years.

Key Words： Nenjiang River; Provincial boundary buffer; Water quality assessment; Single factor evaluation method; Principal component analysis

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水資源供需矛盾日趨嚴(yán)重，尤其是流域跨界水污染問(wèn)題突出，管理部門日益關(guān)注。省界緩沖區(qū)是流域管理的重要環(huán)節(jié)，主要是為了協(xié)調(diào)省際間用水關(guān)系，分清跨省污染責(zé)任，加強(qiáng)流域水資源的污染防治，對(duì)促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展大有裨益。連續(xù)開(kāi)展省界緩沖區(qū)河流斷面污染程度的評(píng)估，有助于確定上下游及臨省的水資源管理。本文選取嫩江干流斷面2016年以來(lái)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用單因子評(píng)價(jià)和主成分分析評(píng)價(jià)“十三五”期間水質(zhì)情況，為完善嫩江干流水質(zhì)監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)水資源保護(hù)提供技術(shù)支撐。

1 ?嫩江基本情況

嫩江為松花江北源，流經(jīng)黑龍江、吉林和內(nèi)蒙古，在肇源縣三岔河附近與松花江南源第二松花江匯合后，流入松花江干流[1]。嫩江干流沿線有中國(guó)重要的林區(qū)、農(nóng)牧區(qū)和水產(chǎn)基地[2]。“十二五”期間，對(duì)嫩江干流省界緩沖區(qū)已經(jīng)做了一系列水質(zhì)評(píng)估工作，如聶長(zhǎng)旭[3]對(duì)2007—2017年間嫩江流域省界緩沖區(qū)的冰封期和非冰封期水質(zhì)狀況進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)。張靜波[4]采用單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)嫩江干流省界緩沖區(qū)2011—2015 年的水質(zhì)。

1 ?評(píng)價(jià)范圍及方法

1.1取樣點(diǎn)位置

選取嫩江干流9個(gè)斷面分別為石灰窯、嫩江浮橋、繁榮新村、尼爾基大橋、小莫丁、拉哈、鄂溫克族鄉(xiāng)、莫呼渡口、江橋。

1.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

理化指標(biāo)包括2016—2020年以上9個(gè)斷面溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數(shù)（PMI）、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）共6項(xiàng)（2020年因未采集到尼爾基大橋、小莫丁和莫呼渡口的水樣，不參與評(píng)價(jià)）。

1.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

單因子評(píng)價(jià)[5]、主成分分析[6]、聚類分析[7-8]，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）。

2 ?嫩江干流水質(zhì)評(píng)價(jià)分析

2.1 單因子評(píng)價(jià)

嫩江流域主要降水期在6～9月，降水量年內(nèi)分配不均勻，年際變化較大，最大年降水量為 937.4mm，最小年降水量為152.5mm[9]。根據(jù)嫩江干流斷面指標(biāo)進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，選取每個(gè)斷面全年、汛期和非汛期的水質(zhì)指標(biāo)均值進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表1。

（斷面序號(hào)：1石灰窯2嫩江浮橋3繁榮新村4尼爾基大橋5小莫丁6拉哈7鄂溫克族鄉(xiāng)8莫呼渡口9江橋）

從表1中可以看出，嫩江干流從2016—2020年符合或者優(yōu)于Ⅲ類水體的斷面?zhèn)€數(shù)依次， 全年水質(zhì)為8個(gè)、9個(gè)、8個(gè)、9個(gè)和6個(gè)（其中 2020年無(wú)4、5與8號(hào)斷面的水樣，故參評(píng)斷面只有6個(gè)），占參評(píng)斷面?zhèn)€數(shù)百分比依次為88.89%、100%、88.89%、100%和100%。 汛期水質(zhì)均為6個(gè)，占參評(píng)斷面?zhèn)€數(shù)百分比依次為66.67%、66.67%、66.67%、66.67%和100%。非汛期依次為8個(gè)、9個(gè)、5個(gè)、9個(gè)和6個(gè)，占參評(píng)斷面?zhèn)€數(shù)百分比依次為88.89%、100%、55.56%、100%和100%。

除2016年和2017年有一個(gè)斷面沒(méi)有達(dá)標(biāo)外，其他的時(shí)間嫩江干流全年主要斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)均達(dá)標(biāo)，評(píng)價(jià)結(jié)果良好，存在部分年份內(nèi)指標(biāo)超出標(biāo)準(zhǔn)較多的情況。

汛期的水質(zhì)穩(wěn)定，1、2、3和9號(hào)斷面在2020年汛期的水質(zhì)類別均優(yōu)于2016年，整體呈現(xiàn)改善趨勢(shì)，9號(hào)斷面五年汛期水質(zhì)較好，4-8號(hào)斷面汛期水質(zhì)處于中等，1-3號(hào)斷面汛期水質(zhì)較差。非汛期水質(zhì)有所波動(dòng)，總體穩(wěn)定。2020年1和9號(hào)斷面非汛期水質(zhì)較2016年有所改善，江橋斷面非汛期水質(zhì)整體較好，2-7號(hào)斷面非汛期水質(zhì)在2018年均出現(xiàn)下降，在2019年又恢復(fù)到原來(lái)水平。

單因子評(píng)價(jià)遵循最差原則，即以指標(biāo)連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中最差的為判斷依據(jù)，對(duì)整體水質(zhì)的整體評(píng)估較差，不能客觀真實(shí)地反映水質(zhì)優(yōu)劣，因而，有必要采用多種方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.2 主成分分析

2.2.1 嫩江干流斷面汛期主成分分析

使用spss23.0軟件對(duì)2016—2020年嫩江干流汛期的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到如下結(jié)果。

對(duì)表2嫩江干流9個(gè)斷面5年汛期數(shù)據(jù)的主成分分析后， 每個(gè)初始變量都可以被因子變量完全解釋，因此共同度都為1。從表3成分矩陣中可以看出，COD、PMI和NH3-N觀測(cè)值在第一主成分中占主要解釋部分，BOD5和TP在第二主成分中的占比較大，溶解氧主要為第三主成分起到解釋作用。

根據(jù)因子的得分計(jì)算綜合得分，按照各個(gè)因子的方差比重乘以各個(gè)因子得分求和進(jìn)行計(jì)算，綜合得分越高說(shuō)明斷面污染越嚴(yán)重，水質(zhì)越差。因此，得出斷面水質(zhì)綜合得分以及排序，選擇五年內(nèi)的得分最大值，如表4所示。

表4說(shuō)明2016—2020年汛期水質(zhì)最好的斷面有5和9號(hào)斷面，水質(zhì)中等的斷面有4、3、6和8號(hào)，水質(zhì)最差的斷面有1、2和7號(hào)。綜合得分平均值說(shuō)明2016—2020年汛期水質(zhì)最好的斷面有5、6和9號(hào)，水質(zhì)中等的斷面有4、7和8號(hào)，水質(zhì)最差的斷面有1、2和3號(hào)。

綜合最大值和平均值排名來(lái)看，嫩江干流2016—2020年汛期水質(zhì)較好的斷面有4-9號(hào)，水質(zhì)較差的斷面有1、2和3號(hào)。

2.2.2 2016—2020非汛期的主成分分析

當(dāng)采用特征值大于1提取主成分的方法時(shí)，由于只有兩個(gè)主成分時(shí)，累計(jì)貢獻(xiàn)率只有68.723%，并不能很好地代表大部分?jǐn)?shù)據(jù)，因此調(diào)整為手動(dòng)提取3個(gè)主成分因子。

表5可以看出，對(duì)第一主成分解釋最多的是PMI、BOD5和COD，第二主成分主要被DO和TP解釋，第三主成分所代表的指標(biāo)主要為NH3-N。因此，得出斷面水質(zhì)綜合得分以及排序，選擇五年內(nèi)的得分最大值和平均值，如表6所示。

綜合得分最大值表明，2016—2020年非汛期水質(zhì)最好的斷面有2、3和9號(hào)，水質(zhì)中等的斷面有1、4、5和6號(hào)，水質(zhì)最差的斷面有7和8號(hào)。綜合得分平均值表明，2016—2020年非汛期水質(zhì)最好的斷面有1、2和9號(hào)，水質(zhì)中等的斷面有3、6和8號(hào)，水質(zhì)最差的斷面有4、5和7號(hào)。

3 ?結(jié)論

應(yīng)用單因子評(píng)價(jià)、主成分分析方法，對(duì)嫩江干流9個(gè)斷面2016—2020年汛期和非汛期水質(zhì)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

（1）2016—2020年嫩江干流斷面水質(zhì)總體較好，年際間呈現(xiàn)改善趨勢(shì)。大多斷面在2018年非汛期水質(zhì)有降低，并于2019年恢復(fù)。

（2）主成分分析說(shuō)明在這5年期間，對(duì)水質(zhì)影響最大的指標(biāo)為化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)。

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